CN213213423U - 有源钳位电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种为有源钳位电路，用于控制第一开关管的集电极的电位，其特征在于，有源钳位电路包括：钳位子电路，钳位子电路的第一端用以与第一开关管的集电极连接，钳位子电路的第二端用以与第一开关管的门极连接，钳位子电路的第三端与第一开关管的发射极连接，其中，第一开关管的发射极接地；驱动子电路，驱动子电路与钳位子电路的第二端连接，驱动子电路用以对第一开关管进行通断控制；其中，钳位子电路用以在第一开关管关断时，对第一开关管的集电极电压进行钳位控制。由此，该有源钳位电路可以提前控制电路进行钳位动作，减缓电压的上升速度，同时降低关断电流所带来的尖峰。

Description

有源钳位电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种有源钳位电路。

背景技术

有源钳位电路的目的一般是钳住IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的集电极电位，使IGBT不易被损坏。在相关技术中，有源钳位电路一般包括一个瞬态二极管和一个快恢复二极管，当集电极电压过高时，该电路中的瞬态二极管被击穿，电流进入IGBT的门极，由于门极电容较小，所以被迅速充电从而抬升电位，以使关断电压不至于很陡峭，进而减少尖峰。但该技术存在控制环路滞后于被控对象的现象，当瞬间电流很大，或者杂散电感较大时，容易误触有源钳位电路。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种有源钳位电路，以提前控制电路进行钳位动作，减缓电压的上升速度，避免误触，同时降低关断电流所带来的尖峰。

为达上述目的，本实用新型第一方面提出了一种有源钳位电路，用于控制第一开关管的集电极的电位，其特征在于，所述有源钳位电路包括：钳位子电路，所述钳位子电路的第一端用以与所述第一开关管的集电极连接，所述钳位子电路的第二端用以与所述第一开关管的门极连接，所述钳位子电路的第三端与所述第一开关管的发射极连接，其中，所述第一开关管的发射极接地；驱动子电路，所述驱动子电路与所述钳位子电路的第二端连接，所述驱动子电路用以对所述第一开关管进行通断控制；其中，所述钳位子电路用以在所述第一开关管关断时，对所述第一开关管的集电极电压进行钳位控制。

本实用新型的有源钳位电路包括钳位子电路和驱动电路，通过钳位子电路可以在第一开关管的集电极和发射极之间的电压到达一个预定值时，就提前进行钳位动作，当第一开关管的集电极和发射极之间的电压到达另一个预定值时，给第一开关管的门极进行充电。由此，该有源钳位电路可以提前控制电路进行钳位动作，减缓电压的上升速度，同时降低关断电流所带来的尖峰。

在一些示例中，所述钳位子电路包括：第一瞬态电压二极管，所述第一瞬态电压二极管的阴极与所述第一开关管的集电极连接；第二瞬态电压二极管，所述第二瞬态电压二极管的阴极与所述第一瞬态电压二极管的阳极连接，并形成第一节点；第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第二瞬态电压二极管的阳极连接，并形成第二节点，所述第一二极管的阴极与所述第一开关管的门极连接；第一电容，所述第一电容的一端与所述第一节点连接，所述第一电容的另一端与所述第二节点连接。

在一些示例中，所述钳位子电路还包括：第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一节点连接，所述第一电阻的另一端与所述第二节点连接。

在一些示例中，所述钳位子电路还包括：双向稳压管，所述双向稳压管的一端与所述第一开关管的门极连接，所述双向稳压管的另一端接地。

在一些示例中，所述驱动子电路包括：第一三极管，所述第一三极管的集电极用以连接第一预设电源，所述第一三极管的发射极与所述第一开关管的门极连接，所述第一三极管的基极用以接收预设驱动信号；第二三极管，所述第二三极管的集电极与所述第一三极管的发射极连接，并形成第三节点，所述第二三极管的发射极用以连接第二预设电源，所述第二三极管的基极与所述第一三级管的基极连接；其中，所述第一预设电源与所述第二预设电源的极性相反。

在一些示例中，所述驱动子电路还包括：第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第三节点连接，所述第二电阻的另一端与所述第一开关管的门极连接。

在一些示例中，所述第一预设电源的电压为+15V，所述第二预设电源的电压为-7.5V。

在一些示例中，所述第一三极管为NPN型三极管，所述第二三极管为PNP型三极管。

在一些示例中，所述第一开关管为IGBT管。

在一些示例中，所述第一开关管的集电极和发射极之间还连接有续流二极管。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的有源钳位电路的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的有源钳位电路。

图1是本实用新型一个实施例的有源钳位电路的电路图。

在该实施例中，有源钳位电路100用于控制第一开关管T1的集电极c的电位，如图1所示，有源钳位电路100包括钳位子电路10和驱动子电路20。

其中，钳位子电路10的第一端用以与第一开关管T1的集电极c连接，钳位子电路10的第二端用以与第一开关管T1的门极g连接，钳位子电路10的第三端与第一开关管T1的发射极e连接，其中，第一开关管T1的发射极e接地；驱动子电路20与钳位子电路10的第二端连接，驱动子电路20用以对第一开关管T1进行通断控制；其中，钳位子电路10用以在第一开关管T1关断时，对第一开关管T1的集电极电压进行钳位控制。

具体地，第一开关管T1可以与外部电路进行连接用于控制外部电路的通断，钳位子电路10分别与第一开关管T1和驱动子电路20连接，驱动子电路20接收外部信号并根据外部信号控制第一开关管T1的通断，钳位子电路10根据第一开关管T1的关断状态进行钳位操作，从而完成对外部电路的控制。可选地，第一开关管T1为IGBT管，第一开关管T1的集电极c和发射极e之间还连接有续流二极管D2。

在该示例中，钳位子电路10包括第一瞬态电压二极管Z1、第二瞬态电压二极管Z2、第一二极管D1、第一电容C1、第一电阻R1、和双向稳压管Z3。

其中，第一瞬态电压二极管Z1的阴极与第一开关管T1的集电极c连接；第二瞬态电压二极管Z2的阴极与第一瞬态电压二极管Z1的阳极连接，并形成第一节点1；第一二极管D1的阳极与第二瞬态电压二极管Z2的阳极连接，并形成第二节点2，第一二极管D1的阴极与第一开关管T1的门极g连接；第一电容C1的一端与第一节点1连接，第一电容C1的另一端与第二节点2连接；第一电阻R1的一端与第一节点1连接，第一电阻R1的另一端与第二节点2连接；双向稳压管Z3的一端与第一开关管T1的门极g连接，双向稳压管Z3的另一端接地。

具体地，在第一开关管T1导通瞬态时，第一开关管T1的集电极c和发射极e之间的电压被钳位在稳压值等于第一瞬态电压二极管Z1和第二瞬态电压二极管Z2之间的电压和，此时，有源钳位电路100相当于一个保护电路。在第一开关管T1关断的状态下，如果第一开关管T1的集电极c和发射极e之间的电压小于第一瞬态电压二极管Z1的电压，则有源钳位电路100不工作，第一开关管T1的功率损耗也较低；如果第一开关管T1的集电极c和发射极e之间的电压大于第一瞬态电压二极管Z1的电压而小于第一瞬态电压二极管Z1和第二瞬态电压二极管Z2之间的电压和，则第一瞬态电压二极管Z1被击穿，此时，第一电容C1开始充电，第一电容C1的容值远大于第一开关管T1的米勒电容Cg，可以将米勒电容Cg忽略，从而能够减缓钳位子电路10的电压的上升速度，即提前控制钳位子电路进行钳位；当第一开关管T1的集电极c和发射极e之间的电压大于第一瞬态电压二极管Z1和第二瞬态电压二极管Z2之间的电压和，则第一开关T1的门极g开始充电，门极g的电位开始提升，从而使关断电流较为平缓，并减缓电压的上升速度，进而降低关断电流所带来的尖峰现象。

在该示例中，参见图1，驱动子电路20可包括第一三极管Q1和第二三极管Q2。

其中，第一三极管Q1的集电极C1用以连接第一预设电源，第一三极管Q1的发射极E1与第一开关管T1的门极g连接，第一三极管Q1的基极B1用以接收预设驱动信号；第二三极管Q2的集电极C2与第一三极管Q1的发射极E1连接，并形成第三节点3，第二三极管Q2的发射极E2用以连接第二预设电源，第二三极管Q2的基极B2与第一三级管Q1的基极B1连接；其中，第一预设电源与第二预设电源的极性相反。可选地，第一预设电源的电压可以为+15V，第二预设电源的电压可以为-7.5V。

在该示例中，参见图1，驱动子电路20还可包括第二电阻R2，第二电阻R2的一端与第三节点3连接，第二电阻R2的另一端与第一开关管T1的门极g连接。该第二电阻R2连接在驱动子电路20与第一开关管T1之间，可以用于对从驱动子电路20向第一开关管T1发出的驱动信号进行过流保护，对第一开关管T1进行保护。

可选地，第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为PNP型三极管。

举例而言，在外部信号(如方波信号)从驱动子电路20的输入端输入，以使第一三极管Q1或第二三极管Q2导通，使第一预设电源或第二预设电源输出的电平信号通过第二电阻R2流向第一开关管T1的门极g，从而对第一开关管T1进行控制，即控制第一开关管T1处于导通或者关断状态，然后钳位子电路10根据第一开关管的T1的状态对第一开关管T1进行控制。其中，当第一开关管T1处于关断状态时，根据第一开关管T1集电极c与发射极e之间的电压与第一瞬态电压二极管Z1和第二瞬态电压二极管Z2的电压进行比较，根据比较结果控制第一开关管T1的门极g，从而可以减缓第一开关管T1的关断电流所带来的尖峰现象，对第一开关管进行保护，从而有效提高第一开关管T1的使用寿命

综上，本实用新型实施例的有源钳位电路可以提前控制电路进行钳位动作，减缓电压的上升速度，同时降低关断电流所带来的尖峰。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种有源钳位电路，用于控制第一开关管的集电极的电位，其特征在于，所述有源钳位电路包括：

钳位子电路，所述钳位子电路的第一端用以与所述第一开关管的集电极连接，所述钳位子电路的第二端用以与所述第一开关管的门极连接，所述钳位子电路的第三端与所述第一开关管的发射极连接，其中，所述第一开关管的发射极接地；

驱动子电路，所述驱动子电路与所述钳位子电路的第二端连接，所述驱动子电路用以对所述第一开关管进行通断控制；

其中，所述钳位子电路用以在所述第一开关管关断时，对所述第一开关管的集电极电压进行钳位控制。

2.如权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，所述钳位子电路包括：

第一瞬态电压二极管，所述第一瞬态电压二极管的阴极与所述第一开关管的集电极连接；

第二瞬态电压二极管，所述第二瞬态电压二极管的阴极与所述第一瞬态电压二极管的阳极连接，并形成第一节点；

第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第二瞬态电压二极管的阳极连接，并形成第二节点，所述第一二极管的阴极与所述第一开关管的门极连接；

第一电容，所述第一电容的一端与所述第一节点连接，所述第一电容的另一端与所述第二节点连接。

3.如权利要求2所述的有源钳位电路，其特征在于，所述钳位子电路还包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一节点连接，所述第一电阻的另一端与所述第二节点连接。

4.如权利要求2或3所述的有源钳位电路，其特征在于，所述钳位子电路还包括：

双向稳压管，所述双向稳压管的一端与所述第一开关管的门极连接，所述双向稳压管的另一端接地。

5.如权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，所述驱动子电路包括：

第一三极管，所述第一三极管的集电极用以连接第一预设电源，所述第一三极管的发射极与所述第一开关管的门极连接，所述第一三极管的基极用以接收预设驱动信号；

第二三极管，所述第二三极管的集电极与所述第一三极管的发射极连接，并形成第三节点，所述第二三极管的发射极用以连接第二预设电源，所述第二三极管的基极与所述第一三级管的基极连接；

其中，所述第一预设电源与所述第二预设电源的极性相反。

6.如权利要求5所述的有源钳位电路，其特征在于，所述驱动子电路还包括：

第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第三节点连接，所述第二电阻的另一端与所述第一开关管的门极连接。

7.如权利要求5所述的有源钳位电路，其特征在于，所述第一预设电源的电压为+15V，所述第二预设电源的电压为-7.5V。

8.如权利要求5所述的有源钳位电路，其特征在于，所述第一三极管为NPN型三极管，所述第二三极管为PNP型三极管。

9.如权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，所述第一开关管为IGBT管。

10.如权利要求1所述的有源钳位电路，其特征在于，所述第一开关管的集电极和发射极之间还连接有续流二极管。

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